Communication optique - Optical communication

Une lampe de signalisation navale , une forme de communication optique qui utilise des obturateurs et est généralement utilisée avec le code Morse (2002)

La communication optique , également connue sous le nom de télécommunication optique , est une communication à distance utilisant la lumière pour transporter des informations. Elle peut être réalisée visuellement ou en utilisant des appareils électroniques . Les premières formes de base de la communication optique remontent à plusieurs millénaires, tandis que le premier appareil électrique créé à cette fin était le photophone , inventé en 1880.

Un système de communication optique utilise un émetteur , qui code un message en un signal optique , un canal , qui transporte le signal vers sa destination, et un récepteur , qui reproduit le message à partir du signal optique reçu. Lorsqu'un équipement électronique n'est pas utilisé, le `` récepteur '' est une personne qui observe et interprète visuellement un signal, qui peut être soit simple (comme la présence d'un feu de balise ), soit complexe (comme des lumières utilisant des codes de couleur ou clignotant dans un code Morse. séquence).

La communication optique en espace libre a été déployée dans l'espace, tandis que les formes terrestres sont naturellement limitées par la géographie, les conditions météorologiques et la disponibilité de la lumière. Cet article fournit une introduction de base aux différentes formes de communication optique.

Formes visuelles

Les techniques visuelles telles que les signaux de fumée , les feux de balises , les télégraphes hydrauliques , les pavillons de navires et les lignes de sémaphore ont été les premières formes de communication optique. Les sémaphores des télégraphes hydrauliques remontent au 4ème siècle avant notre ère en Grèce. Les fusées de détresse sont toujours utilisées par les marins en cas d'urgence, tandis que les phares et les feux de navigation sont utilisés pour communiquer les dangers de navigation.

L' héliographe utilise un miroir pour réfléchir la lumière du soleil vers un observateur éloigné. Lorsqu'un signaleur incline le miroir pour réfléchir la lumière du soleil, l'observateur distant voit des éclairs de lumière qui peuvent être utilisés pour transmettre un code de signalisation préétabli. Les navires de la marine utilisent souvent des lampes de signalisation et du code Morse de la même manière.

Les pilotes d'aéronef utilisent souvent des systèmes d'éclairage projeté à indicateur visuel de pente d'approche (VASI) pour atterrir en toute sécurité, en particulier la nuit. Les avions militaires qui atterrissent sur un porte-avions utilisent un système similaire pour atterrir correctement sur un pont porte-avions. Le système de lumière colorée communique la hauteur de l'avion par rapport à une descente de descente d' atterrissage standard . De plus, les tours de contrôle des aéroports utilisent encore des lampes Aldis pour transmettre des instructions aux aéronefs dont les radios sont en panne.

Ligne de sémaphore

Une réplique de l'une des tours sémaphores de Chappe (XVIIIe siècle).

Un `` télégraphe sémaphore '' , également appelé `` ligne de sémaphore '', `` télégraphe optique '', `` chaîne télégraphique à obturateur '', `` télégraphe Chappe '' ou `` sémaphore napoléonien '', est un système utilisé pour transmettre des informations au moyen de signaux visuels, en utilisant tours à bras ou volets pivotants, également appelées lames ou pagaies. Les informations sont codées par la position des éléments mécaniques; il est lu lorsque le volet est dans une position fixe.

Les lignes de sémaphore étaient un précurseur du télégraphe électrique . Ils étaient beaucoup plus rapides que les coureurs de poste pour transmettre un message sur de longues distances, mais beaucoup plus chers et moins privés que les lignes télégraphiques électriques qui les remplaceraient plus tard. La distance maximale qu'une paire de stations de télégraphe sémaphore peut franchir est limitée par la géographie, les conditions météorologiques et la disponibilité de la lumière; ainsi, dans la pratique, la plupart des télégraphes optiques utilisaient des lignes de stations relais pour franchir de plus longues distances. Chaque station relais aurait également besoin de son effectif d'opérateurs-observateurs qualifiés pour acheminer les messages d'un bout à l'autre de la ligne.

La conception moderne des sémaphores a été prévue pour la première fois par le polymathe britannique Robert Hooke , qui a d'abord donné un aperçu vif et complet de la télégraphie visuelle dans une soumission de 1684 à la Royal Society . Sa proposition (qui était motivée par des préoccupations militaires à la suite de la bataille de Vienne l'année précédente) n'a pas été mise en pratique de son vivant.

La première ligne de sémaphore optique opérationnelle est arrivée en 1792, créée par l'ingénieur français Claude Chappe et ses frères, qui ont réussi à couvrir la France avec un réseau de 556 stations s'étendant sur une distance totale de 4 800 kilomètres. Il a été utilisé pour les communications militaires et nationales jusqu'aux années 1850.

De nombreux services nationaux ont adopté des systèmes de signalisation différents du système Chappe. Par exemple, la Grande - Bretagne et la Suède ont adopté des systèmes de panneaux à volet (en contradiction avec l'affirmation des frères Chappe selon laquelle les tiges coudées sont plus visibles). En Espagne , l'ingénieur Agustín de Betancourt a développé son propre système qui a été adopté par cet État. Ce système était considéré par de nombreux experts en Europe comme meilleur que celui de Chappe, même en France.

Ces systèmes étaient populaires de la fin du 18e au début du 19e siècle, mais ne pouvaient pas rivaliser avec le télégraphe électrique et ont été complètement hors service en 1880.

Indicateurs de signal de sémaphore

Un signaleur naval transmettant un message par sémaphore de drapeau (2002).

Les drapeaux sémaphore sont le système pour transmettre des informations à distance au moyen de signaux visuels avec des drapeaux à main, des tiges, des disques, des pagaies ou parfois des mains nues ou gantées. Les informations sont codées par la position des drapeaux, des objets ou des armes; il est lu lorsqu'ils sont dans une position fixe.

Les sémaphores ont été adoptés et largement utilisés (avec des drapeaux portatifs remplaçant les bras mécaniques des sémaphores à volet ) dans le monde maritime au 19e siècle. Ils sont toujours utilisés pendant le ravitaillement en cours en mer et sont acceptables pour les communications d'urgence à la lumière du jour ou, en utilisant des baguettes éclairées au lieu de drapeaux, la nuit.

Le nouveau système de sémaphore de drapeau utilise deux pôles courts avec des drapeaux carrés, qu'un signaleur tient à différentes positions pour transmettre les lettres de l'alphabet et les chiffres. L'émetteur tient une perche dans chaque main et étend chaque bras dans l'une des huit directions possibles. Sauf en position de repos, les drapeaux ne peuvent pas se chevaucher. Les drapeaux sont colorés différemment selon que les signaux sont envoyés par voie maritime ou terrestre. En mer, les drapeaux sont de couleur rouge et jaune (les drapeaux Oscar ), tandis que sur terre, ils sont blancs et bleus (les drapeaux Papa ). Les drapeaux ne sont pas obligatoires, ils rendent simplement les personnages plus évidents.

Lampes de signalisation

Un contrôleur de la circulation aérienne tenant un canon lumineux de signalisation qui peut être utilisé pour diriger les aéronefs subissant une panne radio (2007).

Les lampes de signalisation (telles que les lampes Aldis) sont des dispositifs de signalisation visuelle pour la communication optique (utilisant généralement le code Morse). Les lampes de signalisation modernes sont une lampe focalisée qui peut produire une impulsion de lumière. Dans les grandes versions, cette impulsion est obtenue en ouvrant et en fermant les volets montés devant la lampe, soit via un pressostat à commande manuelle, soit, dans les versions ultérieures, automatiquement.

Avec les lampes portatives, un miroir concave est incliné par une gâchette pour concentrer la lumière en impulsions. Les lampes sont généralement équipées d'une forme de viseur optique et sont le plus souvent déployées sur les navires de guerre et également utilisées dans les tours de contrôle des aéroports avec des signaux lumineux codés pour l' aviation .

Les signaux lumineux d'aviation sont utilisés dans le cas d'une panne radio , d'un aéronef non équipé d'une radio, ou dans le cas d'un pilote malentendant. Les contrôleurs aériens utilisent depuis longtemps des canons lumineux de signalisation pour diriger de tels aéronefs. La lampe du pistolet lumineux a un faisceau lumineux focalisé capable d'émettre trois couleurs différentes: rouge, blanc et vert. Ces couleurs peuvent être clignotantes ou fixes et fournir des instructions différentes aux aéronefs en vol ou au sol (par exemple, «autorisé à atterrir» ou «autorisé à décoller»). Les pilotes peuvent accepter les instructions en agitant les ailes de leur avion, en déplaçant leurs ailerons s'ils sont au sol, ou en faisant clignoter leurs feux d' atterrissage ou de navigation pendant la nuit. Seules 12 instructions normalisées simples sont destinées aux aéronefs utilisant des canons lumineux de signalisation car le système n'est pas utilisé avec le code Morse .

Héliographe

Héliographe : Australiens utilisant un héliographe en Afrique du Nord (1940).

Un héliographe ( grec : Ἥλιος helios , signifiant «soleil», et γραφειν graphein , signifiant «écrire») est un télégraphe solaire sans fil qui signale par des éclairs de soleil (généralement en utilisant le code Morse ) réfléchi par un miroir . Les éclairs sont produits en faisant pivoter momentanément le miroir ou en interrompant le faisceau avec un obturateur.

L'héliographe était un instrument simple mais efficace pour la communication optique instantanée sur de longues distances à la fin du 19e et au début du 20e siècle. Ses principales utilisations étaient les travaux militaires, les enquêtes et la protection des forêts. Ils étaient un problème standard dans les armées britannique et australienne jusqu'aux années 1960, et ont été utilisés par l'armée pakistanaise jusqu'en 1975.

Formulaires électroniques

De nos jours, une variété de systèmes électroniques transmettent et reçoivent optiquement des informations portées par des impulsions de lumière. Les câbles de communication à fibre optique sont maintenant utilisés pour envoyer la grande majorité des données électroniques et des appels téléphoniques longue distance qui ne sont acheminés ni par radio , ni par micro - ondes terrestre , ni par satellite . Les communications optiques en espace libre sont également utilisées quotidiennement dans diverses applications.

Fibre optique

La fibre optique est le type de canal le plus courant pour les communications optiques. Les émetteurs dans les liaisons en fibre optique sont généralement des diodes électroluminescentes (LED) ou des diodes laser . La lumière infrarouge , plutôt que la lumière visible, est utilisée plus couramment, car les fibres optiques transmettent des longueurs d'onde infrarouges avec moins d' atténuation et de dispersion . Le codage du signal est généralement une simple modulation d'intensité , bien que historiquement la phase optique et la modulation de fréquence aient été démontrées en laboratoire. La nécessité d'une régénération périodique du signal a été largement remplacée par l'introduction de l' amplificateur à fibre dopée à l' erbium , qui a prolongé les distances de liaison à un coût nettement inférieur.

Photophone

Le photophone (à l'origine appelé un autre nom, radiophone ) est un dispositif de communication qui permettait la transmission de la parole sur un faisceau de lumière . Il a été inventé conjointement par Alexander Graham Bell et son assistant Charles Sumner Tainter le 19 février 1880, au laboratoire 1325 'L' Street de Bell à Washington, DC.Les deux allaient plus tard devenir des associés à part entière de la Volta Laboratory Association , créée et financée par Bell .

Le 21 juin 1880, l'assistant de Bell transmet un message téléphonique sans fil à une distance considérable, du toit de l' école Franklin à la fenêtre du laboratoire de Bell, à environ 213 mètres (environ 700 pieds).

Bell croyait que le photophone était son invention la plus importante . Sur les 18 brevets accordés au seul nom de Bell, et les 12 qu'il partageait avec ses collaborateurs, quatre concernaient le photophone, que Bell qualifiait de `` plus grande réussite '' , déclarant à un journaliste peu avant sa mort que le photophone était "le plus grand" invention [que j'ai] jamais faite, plus grande que le téléphone » .

Le photophone était un précurseur des systèmes de communication à fibre optique qui ont été utilisés dans le monde entier à partir des années 1980. Le brevet principal pour le photophone ( brevet américain 235,199 Appareil pour la signalisation et la communication, appelé Photophone ), a été publié en décembre 1880, plusieurs décennies avant que ses principes aient des applications pratiques.

Communication optique en espace libre

Les systèmes optiques en espace libre (FSO) sont utilisés pour les télécommunications du ` ` dernier kilomètre '' et peuvent fonctionner sur des distances de plusieurs kilomètres tant qu'il y a une ligne de vue dégagée entre la source et la destination, et que le récepteur optique peut décoder de manière fiable informations. D'autres systèmes en espace libre peuvent fournir des liaisons longue portée à haut débit en utilisant de petits sous-systèmes à faible masse et à faible consommation d'énergie qui les rendent aptes aux communications dans l'espace. Diverses constellations de satellites prévues pour fournir une couverture mondiale à large bande tirent parti de ces avantages et utilisent la communication laser pour les liaisons inter-satellites entre les plusieurs centaines à milliers de satellites, créant effectivement un réseau de maillage optique spatial .

Plus généralement, la transmission de signaux optiques non guidés est connue sous le nom de communications optiques sans fil (OWC). Les exemples incluent la communication en lumière visible à moyenne portée et l' IrDA à courte distance , utilisant des LED infrarouges.

Voir également

Les références

Citations

Bibliographie

Lectures complémentaires